CN206595993U - 一种单相表宽带载波通信装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单相表宽带载波通信装置，包括单相表、电力线，该通信装置还包括载波信号耦合电路、载波信号处理电路、中央信号控制器和电源电路，所述载波信号耦合电路的输入端与电力线连接，所述载波信号耦合电路与所述载波信号处理电路通信连接，该载波信号处理电路与所述中央信号控制器通信连接，所述中央信号控制器通信与单相表通信连接，所述电源电路分别与所述载波信号耦合电路、载波信号处理电路、中央信号控制器连接。本实用新型能实现之长距离地进行组网通信传输，组网机制时效性强，组网的时间快，具有通信速率高和损耗小的特点。

Description

一种单相表宽带载波通信装置

技术领域

本实用新型涉及电力线载波通信技术领域，尤其涉及一种单相表宽带载波通信装置。

背景技术

电力线载波通讯(Power Line Communication，PLC)，是一种通过电线进行数据传输的通信技术，换句话说，PLC是利用现有电网作为信号的传递介质，使电网在传输电力的同时可以进行数据通讯。这种方式能够有效监测和控制电网中的电力设备、仪表以及家用电器。同时，电力线载波技术即插即用，大大提高了生产、工作和生活效率，在很大程度上节约了布线施工成本。目前，电力线载波技术日渐主导电力系统(用电信息采集系统)和民用生活(智能家居)的通讯方式。根据载波频率、载波速率、载波调制方式的不同，行业内部分为窄带和宽带两电力通信大阵营。

近年来，随着国家电网公司智能电网建设的推进，用电信息采集系统正在逐步完善。现有的智能电能表自动抄表系统，从电能表、采集器到集中器大都采取485布线、窄带电力线载波或无线通信方式。然而，电力线初衷是为了进行电能传输，而不是数据的传输，对于数据通信而言，其信道不理想，是一个非常不稳定的传输信道，这具体表现为噪声干扰严重、时变性大以及信号衰减严重等缺点。宽带电力线通信BPLC(BPLC：BroadPower LineCarrier)在实际的应用中会存在以下问题：BPLC信号大幅被衰减、通讯通信距离短、传输稳定性差，受到严重干扰时的通信质量很差，甚至无法连通。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种单相表宽带载波通信装置，根据本实用新型的宽带载波通信装置能实现之长距离且无衰减地进行组网通信传输，组网机制时效性强，组网的时间快，具有通信速率高，为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术效果：

根据本发实用新型的一个方面，提供了一种单相表宽带载波通信装置，包括单相表和电力线，该通信装置还包括载波信号耦合电路、载波信号处理电路、中央信号控制器和电源电路，所述载波信号耦合电路的输入端与电力线连接，所述载波信号耦合电路与所述载波信号处理电路通信连接，该载波信号处理电路与所述中央信号控制器通信连接，所述中央信号控制器通信与单相表通信连接，所述电源电路分别与所述载波信号耦合电路、载波信号处理电路、中央信号控制器连接。

优选的，所述载波信号耦合电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1和耦合变压器T1，所述耦合变压器T1的第五脚与电力线连接，所述耦合变压器T1的第六脚通过电容C1与电力线连接，所述电阻R1与电阻R2串联连接后与所述电容C1并联连接，所述载波信号处理电路包括载波信号接收电路和载波信号发送电路，所述载波信号接收电路与所述耦合变压器T1的接收输出端连接，所述载波信号发送电路与所述耦合变压器T1的发送输入端连，所述载波信号接收电路的接收输出端与中央信号控制器的接收输入端连接，所述中央信号控制器的发送输出端与所述载波信号发送电路的发送输入端连接，所述载波信号接收电路的电源端和载波信号发送电路的电源端还分别与电源电路连接。

优选的，所述载波信号接收电路包括电阻R3、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7和二极管D8，所述耦合变压器T1的负极接收输出端分别与电阻R3的一端、电容C2的一端连接，所述耦合变压器T1的正极接收输出端分别与电阻R3的另一端、电容C3的一端连接，所述电容C2的另一端分别与二极管D1的阴极、二极管D2阳极、电容C4的一端、电感L1的一端、电感L2的一端连接，所述电容C3的另一端分别与二极管D3的阴极、二极管D4阳极、电容C4的另一端、电感L1的另一端、电感L3的一端连接，电感L2的另一端通过电容C5与电感L4的一端、电容C7的一端、电容C8的一端连接，电感L3的另一端通过电容C6与电感L4的另一端、电容C7的另一端、电容C9的一端连接，电容C8的另一端分别与C10的一端、二极管D5阳极、二极管D6阳极、中央信号控制器的正极接收输入端连接，电容C9的另一端分别与C10的另一端、二极管D7阳极、二极管D8阳极、中央信号控制器的负极接收输入端连接，所述二极管D5阴极与二极管D6的阴极连接，所述二极管D7阴极与二极管D8的阴极连接，所述二极管D1的阳极与地连接，所述二极管D2阴极、二极管D4阴极与电源电路连接。

优选的，所述中央信号控制器通过串行总线与所述单相表通信连接。

优选的，所述通信装置还包括存储器，所述存储器与所述中央信号控制器连接，该存储器的芯片型号为GD25Q16BSIG。

优选的，所述载波信号发送电路的芯片型号为THS6214。

本实用新型采用了上述技术方案，本实用新型具有以下技术效果：

本实用新型将电网中的信号转变为一个高性能的数据传输网络，然后将单相表中的高速数据经过宽带载波芯片调制成2MHz～20MHz频率的宽带载波信号进行功率放大，然后通过载波信号耦合电路将电能数据通过宽带载波信号耦合到电力线上，从而实现了单相表的电能数据上传以及对电力线数据的读取。本实用新型的载波信号发送电路能够对2～20MHz范围内的高频宽带载波信号进行功率放大，实现了长距离地进行组网通信传输，组网机制时效性强，组网的时间快，具有通信速率高、通信性能好、损耗低、电路结构简单、实施成本低的优点，实现了的电力线宽带载波的远距离和高速率传输。

附图说明

图1是本实用新型一种单相表宽带载波通信装置的原理框图；

图2是本实用新型中央信号控制器的内部结构图；

图3是本实用新型中央信号控制器的封装图；

图4是本实用新型载波信号耦合电路与载波信号接收电路的连接关系图；

图5是本实用新型的载波信号发送电路。

附图1中，1-载波信号耦合电路，2-载波信号处理电路，3-中央信号控制器，4-电源电路，5-存储器，6-单相表，20-载波信号接收电路，21-载波信号发送电路。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本实用新型进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本实用新型的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本实用新型的这些方面。

如图1所示，根据本实用新型的一种单相表宽带载波通信装置，包括单相表6和电力线，该通信装置还包括载波信号耦合电路1、载波信号处理电路2、中央信号控制器3和电源电路4，所述通信装置还包括存储器5，所述存储器5与所述中央信号控制器3连接，所述载波信号耦合电路1的输入端与电力线连接，所述载波信号耦合电路1与所述载波信号处理电路2通信连接，该载波信号处理电路2与所述中央信号控制器3通信连接，所述中央信号控制器3与单相表6通信连接，所述电源电路4分别与所述载波信号耦合电路1、载波信号处理电路2、中央信号控制器3连接，所述存储器5的芯片型号为GD25Q16BSIG。所述中央信号控制器3通过串行总线与所述单相表6通信连接，中央信号控制器3采用采用北京华美讯联科技有限公司设计生产的电力载波芯片HM7901，如图2和图3所示，该芯片的CPU内嵌ARM926ej-s内核处理器，最高工作频率为266MHz，内嵌I-Cache 8KB、D-Cache 8KB、ITCM 4KB；外围接口包括1个MII接口且支持10/100Mbits/s网络扩展、1个SPI Master/Slave接口、4个UART接口、32个GPIO接口、1个I²C接口，内部存储接口包括内置SDRAM存储器，最大支持16MB，还支持SPI外接存储器。该HM7901芯片采用OFDM调制技术，输出频率范围为2MHz～20MHz，其子载波支持BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、64QAM调制、子载波自适应调制；具有强大的去噪和纠错能力，本实用新型的电力线载波采用的工作频率是2MHz～12.5MHz，所述电源电路4输出的电压分别包括+12V电源电压、+2.5V电源电压和+1.2V电源电压。所述电力载波处理器的芯片型号为HM7901。

在本实用新型中，如图4和图5所示，所述载波信号耦合电路1包括电阻R1、电阻R2、电容C1和耦合变压器T1，所述耦合变压器T1的第五脚(初级线圈的一输入端)与电力线连接，所述耦合变压器T1的第六脚通过电容C1与电力线连接，所述电阻R1与电阻R2串联连接后与所述电容C1并联连接，电容C1为耦合载波电容将电力线中的载波信号耦合至耦合变压器T1的第六引脚(初级线圈的另一输入端)，电阻R1与电阻R2为放电电阻并对电容C1进行放电处理，降低交流成分对对信号的干扰，所述载波信号处理电路1包括载波信号接收电路20和载波信号发送电路21，所述载波信号接收电路20与所述耦合变压器T1的接收输出端连接，所述载波信号发送电路21与所述耦合变压器T1的发送输入端连，所述载波信号接收电路20的发输出端与中央信号控制器3的接收输入端连接，所述中央信号控制器3的发送输出端与所述载波信号发送电路21的接收输入端连接，所述载波信号接收电路20的电源端和载波信号发送电路21的电源端还分别与电源电路4连接，所述载波信号发送电路21的芯片型号为THS6214。

结合图3和图4所示，所述载波信号接收电路包括电阻R3、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7和二极管D8，所述耦合变压器T1的负极接收输出端RX-(耦合变压器T1的第四引脚，作为载波信号接收电路的高频差分载波负极接收输出端RX-)分别与电阻R3的一端、电容C2的一端连接，所述耦合变压器T1的正极接收输出端(耦合变压器T1的第一引脚，作为载波信号接收电路的高频差分载波正极接收输出端RX+)分别与电阻R3的另一端、电容C3的一端连接，所述电容C2的另一端分别与二极管D1的阴极、二极管D2阳极、电容C4的一端、电感L1的一端、电感L2的一端连接，所述电容C3的另一端分别与二极管D3的阴极、二极管D4阳极、电容C4的另一端、电感L1的另一端、电感L3的一端连接，电感L2的另一端通过电容C5与电感L4的一端、电容C7的一端、电容C8的一端连接，电感L3的另一端通过电容C6与电感L4的另一端、电容C7的另一端、电容C9的一端连接，电容C8的另一端PLC_RX_N分别与C10的一端、二极管D5阳极、二极管D6阳极、中央信号控制器3的负极接收输入端负极接收输入端(电力载波芯片HM7901的正极接收输入端第二十七引脚PLC_IN)连接，电容C9的另一端PLC_RX_P分别与C10的另一端、二极管D7阳极、二极管D8阳极、中央信号控制器3的正极接收输入端(电力载波芯片HM7901的正极接收输入端第二十六引脚PLC_IP)连接，所述二极管D5阴极与二极管D6的阴极连接，所述二极管D7阴极与二极管D8的阴极连接，所述二极管D1的阳极与地连接，所述二极管D2阴极、二极管D4阴极与电源电路4的+5V电源电压连接。在本实用新型中，由电阻R3、电容C2、电容C3组成低通滤波器，电感L1、电容C4、电感L2、电感L3组成一阶高通滤波器，由电容C5、电容C6、电感L4、电容C7、电容C6、电容C9、电容C10组成二阶高通滤波器，因此由低通滤波器、一阶高通滤波器和二阶高通滤波器组成了载波信号接收电路，向中央信号控制器3输出2MHz～12MHz的宽带载波信号，滤除来自电力线上的杂波干扰，提高载波信号接收性能；其中，二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4为续流钳位保护二极管，为滤波器信号提供稳定的电流信号且同时防止信号过大，所述二极管D5、二极管D6、二极管D7和二极管D8为钳位二极管能抑制差分信号的共模噪声并对所述载波信号发送芯片THS6214的输入引脚进行保护，所述二阶高通滤波器的电容C8的输出端PLC_RX_N输出的正载波信号与电力载波芯片HM7901的正极接收输入端第二十七引脚PLC_IN连接(未图示)，所述二阶高通滤波器的电容C9的输出端PLC_RX_P输出的负载波信号与电力载波芯片HM7901的正极接收输入端第二十六引脚PLC_IP)连接(未图示)；在本实用新型中，结合图3和图5所示，电力载波芯片HM7901对接收到的正载波信号和负载波信号进行载波解调和调制处理并输出2MHz～20MHz的宽度载波信号，该电力载波芯片HM7901调制后的电力载波信号分别从的正极发送输出端PLC_OP(第二十一引脚)和负极发送输出端PLC_OM(第二十二引脚)分别发送至载波信号发送电路芯片THS6214进行载波信号进行差分放大，以增大载波的发送功率，所述正载波调制信号通过电容C12的输入端PLC_TX+输入至载波信号发送电路芯片THS6214的第二引脚进行放大，负载波调制信号通过电容C11的输入端PLC_TX-输入至载波信号发送电路芯片THS6214的第一引脚载波信号进行放大，结合图4和图5所示，载波信号发送电路芯片THS6214差分放大输出的正载波发送信号从第二十脚输出，然后经过电阻R16、电容C19耦合输出端PLC_TX_OP发送至耦合变压器T1的正极发送输入端TX+(耦合变压器T1的第二引脚)，载波信号发送电路芯片THS6214差分放大输出的负载波发送信号从第十七引脚输出经过电阻R17、电容C20耦合输出端PLC_TX_ON发送至耦合变压器T1的负极发送极输入端TX-(耦合变压器T1的第三引脚)，经过耦合变压器T1耦合输出两路载波差分信号至电力线上进行传输。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种单相表宽带载波通信装置，包括单相表和电力线，其特征在于：该通信装置还包括载波信号耦合电路、载波信号处理电路、中央信号控制器和电源电路，所述载波信号耦合电路的输入端与电力线连接，所述载波信号耦合电路与所述载波信号处理电路通信连接，该载波信号处理电路与所述中央信号控制器通信连接，所述中央信号控制器与单相表通信连接，所述电源电路分别与所述载波信号耦合电路、载波信号处理电路、中央信号控制器连接。

2.根据权利要求1所述的一种单相表宽带载波通信装置，其特征在于：所述载波信号耦合电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1和耦合变压器T1，所述耦合变压器T1的第五脚与电力线连接，所述耦合变压器T1的第六脚通过电容C1与电力线连接，所述电阻R1与电阻R2串联连接后与所述电容C1并联连接，所述载波信号处理电路包括载波信号接收电路和载波信号发送电路，所述载波信号接收电路与所述耦合变压器T1的接收输出端连接，所述载波信号发送电路与所述耦合变压器T1的发送输入端连，所述载波信号接收电路的接收输出端与中央信号控制器的接收输入端连接，所述中央信号控制器的发送输出端与所述载波信号发送电路的发送输入端连接，所述载波信号接收电路的电源端和载波信号发送电路的电源端还分别与电源电路连接。

3.根据权利要求2所述的一种单相表宽带载波通信装置，其特征在于：所述载波信号接收电路包括电阻R3、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7和二极管D8，所述耦合变压器T1的负极接收输出端分别与电阻R3的一端、电容C2的一端连接，所述耦合变压器T1的正极接收输出端分别与电阻R3的另一端、电容C3的一端连接，所述电容C2的另一端分别与二极管D1的阴极、二极管D2阳极、电容C4的一端、电感L1的一端、电感L2的一端连接，所述电容C3的另一端分别与二极管D3的阴极、二极管D4阳极、电容C4的另一端、电感L1的另一端、电感L3的一端连接，电感L2的另一端通过电容C5与电感L4的一端、电容C7的一端、电容C8的一端连接，电感L3的另一端通过电容C6与电感L4的另一端、电容C7的另一端、电容C9的一端连接，电容C8的另一端分别与C10的一端、二极管D5阳极、二极管D6阳极、中央信号控制器的正极接收输入端连接，电容C9的另一端分别与C10的另一端、二极管D7阳极、二极管D8阳极、中央信号控制器的负极接收输入端连接，所述二极管D5阴极与二极管D6的阴极连接，所述二极管D7阴极与二极管D8的阴极连接，所述二极管D1的阳极与地连接，所述二极管D2阴极、二极管D4阴极与电源电路连接。

4.根据权利要求1所述的一种单相表宽带载波通信装置，其特征在于：所述中央信号控制器通过串行总线与所述单相表通信连接。

5.根据权利要求1所述的一种单相表宽带载波通信装置，其特征在于：所述通信装置还包括存储器，所述存储器与所述中央信号控制器连接，该存储器的芯片型号为GD25Q16BSIG。

6.根据权利要求2所述的一种单相表宽带载波通信装置，其特征在于：所述载波信号发送电路的芯片型号为THS6214。